Software optimiert mechanische Bewegungsabläufe und Getriebe

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trivid GmbH

Die besten Lösungen werden in sortierter Reihenfolge in einer Liste dargestellt. Der Anwender kann die verschiedenen Lösungen selektieren und auf dem Bildschirm betrachten. Die Lösung, die quasi die Bauform am meisten anspricht, kann schließlich mithilfe einer lokalen Optimierung weiter verbessert werden, wobei der Anwender noch zwischen einem Simplex-Algorithmus oder einem evolutionären Algorithmus mit fokusiertem Suchgebiet wählen kann.

Software bietet auch Getriebe-Optimierung im Automatikmodus

Die Kombination der globalen Exploration und der lokalen Optimierung ergibt den besten Kompromiss zwischen Geschwindigkeit und der Suche nach dem gesamten Optimum.

Außer dem beschriebenen Modus gibt es auch einen vollständig automatischen Modus, wobei die Automatiklösung die besten Ergebnisse der gesamten Exploration durch die Lokaloptimierung noch weiter verbessert.

Im hier beschriebenen Beispiel eines Türmechanismus mit Gravitationskompensation geht es darum, die Handkraft zu simulieren, die nötig ist, um eine massebehaftete Tür in vertikaler Richtung zu öffnen. Es geht dabei um die Kraft in der Bewegungsrichtung des betreffenden Koppelpunktes. Diese Kraft soll dann mittels Kompensationselementen einen gewünschten Verlauf bekommen.

Software-Simulation führt zur ideal optimierten Handkraft

Um die Simulation richtig durchführen zu können, wird ein Extraelement mit einem Endpunkt erstellt. Dieser Punkt wird exakt entlang der Bahn geführt, die in einer separaten Analyse bereits berechnet ist (Bild 1).

Der Verlauf der Handkraft ist in Bild 2 dargestellt. Dieser, so wurde ermittelt, weicht stark von dem gewünschten Verlauf ab. Im Wunschverlauf soll beim Öffnen erst eine positive Handkraft benötigt werden, danach soll sich in der Zwischenphase die Tür sozusagen von selbst bewegen und am Ende der Bewegung soll der Mechanismus kraftneutral sein.

Um dieses Ziel zu erreichen, werden eine Feder und Extraelemente hinzugefügt. Mithilfe von Trial and Error hat dies zu dem Handkraft-Verlauf nach Bild 3 geführt. Dieses Ergebnis ist schon viel besser als in der Ausgangssituation oder jegliche Kompensation, erfüllt den Wunschverlauf aber noch lange nicht.

Der Automatikmodus erzielt noch bessere Ergebnisse

Um dies zu erreichen, wird eine automatische Optimierung durchgeführt, bei der sowohl die Federkonstante und Vorspannung in der Feder als auch einige Gelenkpunkte des Kompensationsmechanismus innerhalb der angedeuteten Grenzen variiert werden.

Nachdem der Parameterraum und das Optimierungsziel (der aktuelle Handkraftverlauf soll dem Referenzverlauf so gut wie möglich gleichen) erreicht wurde, kann die automatische Optimierung gestartet werden. Diese basiert auf einem Zweischrittverfahren bestehend aus Exploration des gesamten Parameterraumes mittels eines evolutionärem Algorithmus und Optimierung der besten Explorationslösungen mittels der Simplex-Methode. Bei der Optimierung wird das Optimum nach Bild 4 gefunden.

* Dr. Adrian M. Rankers ist Geschäftsführer der Artas Engineering Software in 5672 RJ Nuenen (Niederlande)

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