MWORKS 2025a | 聚焦智造，全新推出卷料处理模型库！

一、引言

随着MWORKS.Sysplorer 2025a的发布，在1月13日的第三期直播“Sysplorer 2025a演进革新”中，同元软控卷料处理模型库首次面向大众，这也是同元软控模型产品货架上新增的一员。

这套行业模型库为用户提供了一个虚拟建模环境，旨在提升生产制造系统中卷料系统设计、仿真验证、设备运行和维护等各研制阶段的工作效率。通过使用卷料处理模型库，用户可以快速对卷料系统的零部件和控制系统进行建模，从而缩短研发周期并提高操作安全性。

卷料处理模型库对于希望优化其生产流程、缩短上市时间并提升质量的设计工程师和测试工程师来说是一个有效的工具。它不仅支持复杂的模型构建，同时也支持更精确的卷绕过程模拟和故障预测排除，进而提高了整个生产过程的效率和安全性。该模型库可以在以下的行业和领域中进行应用：

二、产品介绍

TYWebHandling卷料处理模型库包括卷料属性设置、卷料类、卷辊类、边界源、辅件库和传感器等模型。该库提供了18个模型和6个典型示例，可用于造纸、印刷、包装加工、柔性电子封装等工业生产制造领域。该库提供了一系列卷料系统基本要素的组件模型，专门用于卷料处理和卷料运输过程模拟、仿真和优化，例如开展卷料张力和速度计算与控制、收放卷系统动态模拟、辊轮负载计算分析以及验证卷料生产线运行系统的关键指标等。

1.模型库架构

2.模型组成

卷料处理模型展示

三、功能亮点

1.支持柔性卷料和时变直径卷辊建模

此模型库使用精确的物理模型来模拟卷料系统的各个部件，包括考虑重力作用的柔性卷料、考虑滑移的卷辊，以及具有时变直径和转动惯量特性的收放卷辊。这使得能够准确模拟实际系统，便于卷料系统性能的分析与优化。

柔性卷料模型

时变卷辊模型

2.全方位支持卷料系统建模与优化

卷料处理模型库集成了卷料、卷辊、边界源、传感器和卷料辅件等多种模型，适用于各种场景和工况的卷料系统建模与仿真。它支持动态张力计算、系统部件放置设计、收放卷实时分析及速度控制等功能。这些特点使工程师能够高效地进行设计、分析和优化工作，从而提升生产效率与产品质量。

放卷系统模拟模型

3.具备较强的卷料系统动态控制能力

此模型库支持为控制器验证提供系统模型，允许用户在卷料系统中应用如PID控制等合适的控制策略来管理张力和速度。这有助于避免运行期间张力异常（过大或过小），从而减少生产过程中的风险，保证生产的稳定性和安全性。

卷料张力PID控制系统模型

4.参数化模型生成和强大的可视化分析

此模型库允许用户创建参数化的卷料和卷辊模型，实现卷料系统物理模型的快速搭建及各组件力学特性的计算。此外，它还能让用户直观查看并分析卷料加工过程中关键参数的变化，如张力大小和转速，从而支持更深入的数据分析。这样不仅简化了建模流程，还增强了对生产过程的洞察和控制。

卷绕速度扰动分析动画

四、应用案例

通过以下三个典型案例，让我们来了解一下TYWebHandling卷料处理库能够解决哪些行业的具体问题和面临的挑战。

1.卷料速度控制系统

1）问题描述

卷料速度控制系统主要用于精确控制卷料设备中材料的传送速度。在多种生产环境中，若卷料传送速度不稳定，会导致生产节奏不一致，进而引起卷料褶皱或断裂等问题。有效的速度控制对于确保产品质量、提高生产效率以及维持设备稳定性至关重要。设计卷料速度控制系统时需重点关注以下几个关键问题：

• 考虑放卷辊和收卷辊直径的变化
• 确保启动、停止及加减速过程的平滑性
• 实时监测卷料和卷辊的速度与张力等关键参数
• 提高卷料速度控制的精度

2）解决方案

利用卷料处理模型库和多体模型库，可快速建立包含惯性放卷/收卷辊、弹性卷料、卷料属性设置及PID控制的卷料速度控制系统模型。仿真的结果可用于分析卷辊直径变化、卷料速度与张力等关键变量，并通过PID控制器调节收卷转速，以此来优化控制策略，增强系统的稳定性和效率。

卷料速度控制系统模型

3）结果分析

通过仿真结果可以看出，在卷料速度控制系统中，通过对放卷辊施加逐渐增加的扭矩，让卷料运行的速度从0平稳提升至5m/s。系统根据放卷辊直径变化和卷辊转速传感器的实时数据进行动态调整，确保达到并维持目标速度，保证操作的稳定和精准。

2.卷料张力控制系统

1）问题描述

卷料张力控制系统广泛应用于卷绕、放卷、印刷、纺织、纸张生产及金属加工等工业领域，其主要功能是确保卷料（例如纸卷、布卷、钢卷等）在加工过程中的张力稳定，从而保障生产工艺的顺畅进行。如果张力过大或过小，可能会引发材料拉断、设备损伤和产品质量不稳定等问题。因此，有效的张力控制对于保证产品质量、提高生产效率以及维护设备稳定性至关重要。

卷料张力控制设计关键问题包括：

• 减少张力波动，提高控制精度
• 适应负载（如张力摆杆）变化
• 处理随卷料进程变化的卷辊直径和转动惯量

间歇式操作台的张力摆杆控制示意图

2）解决方案

• 使用卷料处理模型库、多体模型库和基础机械库，可快速构建包含惯性放卷辊、理想收卷辊、弹性卷料、卷料属性设置、浮动辊、转动副、角度传感器及PID控制的卷料张力控制系统模型。
• 通过仿真结果，分析收放卷辊转速、浮动辊位置及卷料张力等关键变量，以实现系统的实时监控与优化。
• 借助PID控制器调节放卷扭矩，优化张力控制策略，确保系统稳定性和高效运行。

卷料张力控制系统模型

3）结果分析

在该系统中，对收卷辊施加逐渐增加的速度输入，使卷料的期望张力从0逐渐增加到200N。随着机器运行，浮动辊轮逐渐被抬起，其角度传感器实时反馈张力变化。系统根据这些反馈数据调节放卷辊的输入扭矩，确保系统能够稳定、精准地达到目标张力。这种方法保证了生产的平稳进行，并提高了产品的一致性和质量。

3.卷料生产线运行系统

1）问题描述

卷料生产线运行系统是卷料生产过程中常见的一种工况，在复杂的生产线中，通常会使用S型卷辊来调整卷材的张力并控制其路径。通过S辊的设计，可以在辊轮之间形成张力差，从而有效消除因速度波动或其他因素引起的张力不均，实现以下效果：

• 减少张力波动：S辊平衡张力波动，提供稳定控制
• 空间优化：在有限空间内改变材料路径，提升空间利用率
• 减少磨损与应力集中：适合高速和高精度张力控制场景，减少材料磨损和应力集中

2）解决方案

使用卷料处理模型库和多体模型库，可以快速构建包含理想放卷辊、理想收卷辊、弹性卷料、卷料属性设置、普通卷辊及S型卷辊的卷料生产线运行系统模型。通过仿真分析卷料速度和各段张力等关键变量，并通过合理配置S型卷辊，提升生产线的稳定性和效率。

卷料生产线运行系统模型

3）结果分析该系统在理想条件下，对两个S型卷辊施加不同的转速驱动：一个保持恒定转速20 rad/s，另一个从20 rad/s开始并在t=1s时引入微小波动。仿真结果表明，系统在输入稳定后，各段卷料张力停止波动，生产过程变得平稳。

通过合理配置S型卷辊，不仅可以改变卷料路径和调节张力，还可以在复杂生产线中根据材料特性和生产需求灵活调整S辊的数量、角度和位置。这显著提升了系统的适应性和生产效率。这种方法展示了如何通过精确的S辊配置和控制策略，实现高效的卷料生产和质量控制。

五、使用说明

1.使用注意事项

在使用卷料处理模型库中仿真建模的过程中，可能会遇到仿真报错的问题，导致我们对模型调试不知所措。为此，以下列出了一些常见的注意事项，以帮助大家更好地应对这些问题：

1）组件接口问题卷料模型库使用的接口包括多体接口、卷料流动接口和一维转动接口。其中，在卷料和卷辊的两侧多体接口使用了二维多体接口，接口代码如下图所示：

卷辊多体接口基类

当卷料与卷辊模型的多体接口连接时，会出现下图所示的连接弹簧提示，这里接口数组维度不需要更改，直接点击确认即可完成正确连接。

另外，卷料的两端必须连接卷辊或者边界源，卷辊的两端只能连接卷料模型。

2）全局参数设置卷料模型库中的卷料属性设置可以设置卷料的全局参数，在搭建卷料系统时，该模型必须拖出（必须存在，否则材料属性无法修改），可以直接定义卷料的几何参数、材料参数以及可视化参数，如下所示：

在卷料系统中，当有多个卷料属性模型时，默认只采用第一个卷料属性参数，其他的不生效。

3）卷料张力颜色设置在系统中，默认情况下卷料张力颜色为wpColor。若需按张力调整颜色，可通过以下步骤在参数面板中设置：

①打开参数面板，找到张力颜色设置。

②设置最小张力值及其对应颜色、最大张力值及其对应颜色。这样可以根据实际生产需求灵活调整张力显示的颜色，便于实时监控和管理。

2.常见问题解答

问：如何利用卷料模型库快速完成卷绕系统的建模？

答：卷料模型库集成在MWORKS.Sysplorer 2025a，模型库采用拖拉拽的建模方式，可以通过以下流程进行建模仿真。

卷料系统建模流程示意图

问：卷料库可以模拟卷材与卷辊之间的打滑吗？

答：可以。卷料模型库中包含滑移卷辊模型，用户可以设置滑移参数（库伦摩擦、表面压力以及详尽变摩擦系数等参数），从而计算打滑速度、张力变化等关键变量。

滑移卷辊参数面板显示

问：卷料模型库中，目前卷材经过两个卷辊后的厚度变化是否有考虑？

答：该功能为卷料模型库的压辊层压功能，目前在首发版本中无此功能，规划在2025年开发完成，敬请期待。

六、后续规划

本文对同元软控卷料处理模型库进行了简要介绍，展示了其在构建复杂卷料处理系统中的应用潜力。更多丰富的模型功能需要用户自行体验和探索。未来我们将持续升级该模型库，提供更多的功能优化和新场景支持，以适应不断发展的技术和业务需求。

1.功能升级优化

1）新增异形卷辊，如方形卷辊、锥形卷辊等；

2）优化弹性卷料模型，增加材料属性随温度变化的特性和卷料惯性的影响；

3）新增可变压力的压辊组件，可结合平动组件使用；

4）新增偏心卷辊，扩大模型的范围和真实性。

5）新增层压和切换类型卷料模型，满足多层卷料组合或者单层卷料分离的场景；

6）新增更多模型库的典型应用案例。

2.新增应用场景

1）锂离子电池收放设计：优化电池生产中的卷料处理。

2）温湿度影响及重卷材惯性：模拟温湿度变化和重卷材惯性，确保稳定性。

3）可调压辊紧合程度：优化压辊摩擦对生产线的影响，提升产品质量。

4）卷料层压成型：支持卷料层压成型过程的模拟与优化。

5）轴心线不平行的卷辊安置：分析并调整轴心线不平行情况下的卷料运行。

七、试用与反馈

同元软控官网将于春节之后在MWORKS Sysplorer 2025a新版本中集成卷料处理模型库，期待您去体验，去发现！如果您在使用过程中遇到任何问题，或者有任何您认为可以提升产品质量的建议，欢迎您通过MoHub社区(https://mohub.net/home)发帖联系我们。