Simulation: Verhalten von Kränen besser modellieren

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Kräne sind große Maschinen zum Heben und Versetzen schwerer Lasten. Aus Sicherheitsgründen und wegen der Gefahr von Schäden an der Last und der Umgebung müssen die Kranführer gut ausgebildet sein und den Kran präzise steuern. Häufig sind dafür mehrere Bewegungen gleichzeitig erforderlich. Hiab, ein Anbieter von Hebezeugen, entwickelt neue Lösungen, um dem Kranführer Aufgaben abzunehmen, ohne den sicheren und präzisen Betrieb des Krans zu beeinträchtigen.
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Kräne sind große Maschinen zum Heben und Versetzen schwerer Lasten. Aus Sicherheitsgründen und wegen der Gefahr von Schäden an der Last und der Umgebung müssen die Kranführer gut ausgebildet sein und den Kran präzise steuern. Häufig sind dafür mehrere Bewegungen gleichzeitig erforderlich. Hiab, ein Anbieter von Hebezeugen, entwickelt neue Lösungen, um dem Kranführer Aufgaben abzunehmen, ohne den sicheren und präzisen Betrieb des Krans zu beeinträchtigen.

Dr. Daniel Morales, Manager im Bereich Forschung für Steuersysteme bei Hiab, erstellt technische Lösungen für alle Produktreihen des Unternehmens. Angesichts der Einschränkungen der eingesetzten Berechnungssoftware entschied sich Dr. Morales für Maple, um die Geschwindigkeit und Genauigkeit der Berechnungen für die Modellierung des Verhaltens der Kräne in der vorhandenen Simulationsumgebung bei Hiab zu verbessern. Dr. Morales kannte Maple, die Software für technische Berechnungen von Maplesoft, schon vorher. Er hatte Maple während seines Doktorats an der Universität Umeå in Schweden, wo er die Bewegungssteuerung von Kränen für die Forstwirtschaft studiert hat, bereits umfangreich eingesetzt.

Bei einem Kran werden die Segmente des Auslegers mit Hydraulikzylindern aus- und eingefahren. Der Kranführer steuert den Vorgang, bei dem Hydraulikflüssigkeit unter hohem Druck in die Zylinder geleitet wird. Die Hydraulikzylinder geben ihre Kraft an die Kranelemente ab, die die Bewegungen der Gelenke steuern. Der Kranführer steuert jeden Zylinder einzeln, um den Kranhaken an die gewünschte Stelle zu bringen. Die Joystickbewegungen des Kranführers steuern direkt die Drehgeschwindigkeit der Gelenke. Diese Art der Steuerung ist sehr kompliziert und Dr. Morales arbeitet an verbesserten Steueralgorithmen, um die Bedienung der Zylinder zu vereinfachen. Dabei werden die einzelnen Zylinder mit einem Endeffektor (Greifer) gesteuert.

Maple bietet zwei wichtige Features, die bei dem von Hiab bislang eingesetzten Mathematikwerkzeug fehlen. Zum Ersten sind die Operationen der Variablenmatrizen zur Steuerung der Algorithmen äußerst kompliziert. Mathcad beherrschte nur eingeschränkte Matrizenoperationen. Matrizen von Funktionen mit mehreren Variablen kann es nicht verarbeiten. Maple hingegen hat dieses Problem gelöst. Mit seinen fortschrittlichen Fähigkeiten verarbeitet Maple komplexe Matrizenoperationen. Dr. Morales bemerkte hierzu: „Die Rechenfähigkeiten von Maple sind unerreicht. Während komplexe Matrizenoperationen in dem vorher eingesetzten Programm nicht möglich sind, sind in Maple auch äußerst komplexe Matrizenoperationen einfach durchzuführen.“ Zweitens konnte die Software seine Ergebnisse nicht in die bei Hiab vorhandene Simulationssoftwae exportieren. Maple exportiert hingegen mathematische Ausdrücke und Berechnungen direkt nach MATLAB, wo sie einfach in Simulink verwendet werden können. Da Maple die Berechnungen effizient optimiert, laufen die Simulationen in Simulink mit von Maple erzeugtem Code wesentlich schneller. Maple gilt hier als robustes Werkzeug, das schnell umfangreiche Matrizenoperationen ausführen, alle Berechnungen verwalten und sie anschließend einfach in andere Simulationswerkzeuge exportieren kann. „Ich bin mit den Ergebnissen, die wir mit Maple erreichen, sehr zufrieden“, lobte Dr. Morales. „Ich setze Maple täglich ein und beabsichtige, seinen Einsatz in unserem Unternehmen weiter auszubauen.“

 

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