Challenge

Entwicklung innovativer Roboterlösungen für kritische Aufgaben in schwer zugänglichen Bereichen und Umgebungen, z. B. zur Inspektion und Reparatur des Inneren von Rohrleitungen, um das Geschäftsmodell „Robots as a Service“ des Unternehmens effizient und kostengünstig zu unterstützen.

Solution

Das Unternehmen fügte SOLIDWORKS® Flow Simulation für numerische Strömungsmechanik (Computational Fluid Dynamics, CFD) zu den SOLIDWORKS Softwarelösungen für Konstruktion, Struktursimulation, Bewegungssimulation, Produktdatenmanagement (PDM) und Rendering hinzu.

Results

Entwicklung eines bahnbrechenden Roboters zur Inspektion und Reparatur von Rohrleitungen
Verkürzung des Entwicklungszyklus um Monate
Einsparung Hunderter Arbeitsstunden bei der Prototypenerstellung sowie der damit verbundenen Kosten
Erstellung einer „Rohrfarm“ für Simulationstests in SOLIDWORKS

Die Abteilung ULC Robotics des 2001 gegründeten Unternehmens ULC Technologies entwickelt und implementiert Robotersysteme, unbemannte Luftfahrzeuge, Machine-Learning-Anwendungen sowie Inspektionstechnik für die Bereiche Energie, Versorgung und Industrie. ULC steht Unternehmen der Versorgungs- und Energiebranche mit innovativen Roboterlösungen und Inspektionsdiensten bei der Reparatur und Wartung von Rohrleitungen und Infrastruktur zur Seite.

Dazu entwickelt ULC Roboter, die spezifische Dienstleistungen für Kunden erbringen. Ein Beispiel ist der neue modulare, schlangenartige, segmentierte Innenroboter, der für Inspektionen und Reparaturen in einer in Betrieb befindlichen Erdgas- oder Wasserstoffrohrleitung konzipiert wurde und sich in beide Richtungen fast einen Kilometer weit durch das Rohr bewegen kann. Durch die Kosteneinsparungen und die einfache Bedienung ermöglicht dieser modulare Roboter eine häufigere vorbeugende Wartung. Außerdem findet und repariert der Roboter Lecks an Orten, an denen das Rohr nicht ausgegraben werden kann, z. B. unterhalb von Infrastrukturschichten einer Stadt oder unter einem Fluss. So werden weniger Störungen der Öffentlichkeit verursacht, Treibhausgasemissionen reduziert und Kosten minimiert.

Zuvor hatte ULC bereits SOLIDWORKS® 3D-CAD für die Konstruktion von Robotern verwendet, benötigte jetzt aber zusätzliche Funktionen, um einen Roboter für die raue Umgebung einer langen, brennbaren, korrosiven und unter Druck stehenden Erdgaspipeline zu entwickeln. Weitere Schwierigkeiten bereiten hier die vielen unregelmäßigen Oberflächen, Ventile und Gehrungsverbindungen, scharfkantigen Hindernisse und 90-Grad-Biegungen. SOLIDWORKS Flow Simulation ermöglichte die Bewältigung dieser Herausforderung.

Roboter von ULC Technologies in einer Modelltestumgebung mit SOLIDWORKS

Zugehörige Ressourcen

Eine schnellere, kostengünstigere und kollaborative Lösung

Dank der integrierten SOLIDWORKS Tools für Konstruktion, PDM, Struktursimulation, Bewegungssimulation, Strömungssimulation und Rendering konnte ULC den Entwicklungszyklus durch eine bessere Zusammenarbeit und effizientere Tests um Monate verkürzen. So entstand der erste schlangenartige Roboter des Unternehmens, der Lecks in der Größe eines Nadellochs ausmachen und im Inneren des Rohrs reparieren kann.

Modell von ULC Technologies zu Durchflussbahnen

Zeit- und Kosteneinsparungen durch simulierte Tests

„Wir mussten uns entscheiden, eine ‚Rohrfarm‘ für physische Tests zu bauen, einen Windkanal zu kaufen bzw. zu mieten oder Simulationswerkzeuge zum virtuellen Testen des Roboters (einschließlich Prototyp) zu verwenden“, erläutert ULC-Maschinenbauingenieur Nicholas Efthimiades.

ULC suchte nach einer schnelleren, kostengünstigeren und einfacher verfügbaren Lösung und erstellte dazu eine komplizierte virtuelle Rohrleitung. Anschließend verwendete das Unternehmen die in SOLIDWORKS Premium oder in SOLIDWORKS Simulation Standard, Professional und Premium verfügbare Bewegungsanalyse sowie SOLIDWORKS Flow Simulation für numerische Strömungsmechanik (Computational Fluid Dynamics, CFD), um Bewegung und Leistung des Roboters in einem unter Druck stehenden Rohr mit vielen Hindernissen zu simulieren. Anschließend führte ULC in Zusammenarbeit mit den Rohrleitungsherstellern eine letzte Runde physischer Tests zur Leistung des Roboters in den schwierigsten Rohrsegmenten durch.

Durch die Verwendung von SOLIDWORKS Flow Simulation und SOLIDWORKS zur Analyse und Simulation der Roboterbewegungen im Rohr – einschließlich gekoppelter Struktur- und Strömungssimulation – konnten wir bei der Prototypenerstellung Hunderte Arbeitsstunden einsparen und die potenziell exorbitanten Kosten vermeiden, die beim Testen verschiedener physischer Prototypen anfallen.

Nicholas Efthimiades.

ULC-Maschinenbauingenieur

„Dies half uns dabei, die richtigen Werte für Haltekraft und Drehmoment an den Rädern des Roboters zu bestimmen und gleichzeitig das Gewicht zu reduzieren, indem wir die Widerstandskräfte und andere Störungen des Roboters ermittelten. So konnten wir genau an den richtigen Stellen die Stabilität erhöhen und in weniger kritischen Bereichen und Mechanismen Material und Gewicht einsparen, um die Konstruktion zu optimieren“, betont Efthimiades.

Modell von ULC Technologies zu Durchflussbahnen (aus anderem Winkel)

Professionelle Berichte und gerenderte Bilder

Der modulare Innenroboter wurde in Zusammenarbeit mit dem US-Energieministerium (DOE) entwickelt, das schriftliche Berichte und monatliche Statusmeldungen erwartete. ULC machte sich dabei häufig die automatisierte Berichterstellung der SOLIDWORKS Simulationslösungen zunutze, um in SOLIDWORKS Visualize erstellte Renderings einzubeziehen. So konnte das Unternehmen Konstruktionskonzepte in professionellen Berichten an das DOE besser veranschaulichen.

Efthimiades schließt: „Von CAD und PDM bis hin zu Simulations- und Rendering-Anwendungen sind in SOLIDWORKS alle nötigen Werkzeuge integriert, um die Zusammenarbeit zu vereinfachen und Innovationen bei einem solchen Projekt voranzutreiben.“

Referenzbericht herunterladen

ULC Technologies entwickelt innovative Roboter mithilfe von SOLIDWORKS Lösungen