Исключение домыслов из процесса проектирования продукции с помощью технологии компьютерного моделирования газодинамики (CFD) от компании GEA
27 Aug 2020
Компания GEA обращает внимание на технологию компьютерного моделирования газодинамики (CFD) и объясняет, как с ее помощью можно обеспечить более точный расчет стоимости, повысить точность проектирования, добиться более глубокого понимания технологического процесса, а также существенно снизить риск для клиентов, использующих распылительные сушилки для пищевых ингредиентов, крахмала и белка.
Применительно к сушке пищевых ингредиентов, крахмала и белка распылением компьютерное моделирование газодинамики – это проверенная технология для определения того, как продукты ведут себя в процессе сушки. При этом вы получаете все данные на компьютере до того, как практически приступаете к проектированию.
Технология CFD едва ли уникальна в промышленности. Многие отрасли, такие как аэрокосмическая и автомобильная промышленность, интегрируют технологию CFD в процессы разработки своей продукции. Но когда речь идет о сушке пищевых ингредиентов, крахмала и белка распылением, есть дополнительные переменные, которые важнее всего: клиент и продукт.
Инженер отдела продаж компании GEA Стиг Скалсхёй Кристенсен (Stig Skalshøj Christensen). Он сказал, что каждый клиент и каждый продукт отличаются. «Клиенты работают с разным сырьем и зачастую рассчитывают добиться едва различимых результатов. Если мы должны дать этим клиентам уверенность в том, что им нужно выбрать нашу технологию, то нам, в свою очередь, надо убедиться в том, что мы действительно понимаем клиентов, их продукцию и их цели».
Руководитель отдела CFD компании GEA Кристиан М. Ингворсен (Kristian M. Ingvorsen). Он подытожил преимущества технологии для клиентов. «Во-первых, все испытания проводятся на компьютере, а не на рабочей площадке», – рассказал он. «Если проводить испытания на рабочей площадке, то они выходят дорогими и сложными. Компьютерные симуляции обеспечивают экономичную испытательную среду с нулевым риском. Во-вторых, моделирование обеспечивает глубокое осмысление технологического процесса, что позволяет получить развернутое понимание того, как изменения различных входных параметров влияют на технологический процесс, в целом. Это несомненно превосходит традиционный метод проб и ошибок, когда многое отдается на откуп домыслам».
Завод по производству соевого белка в Азии
В качестве примера Стиг Скалсхёй Кристенсен привел завод по производству соевого белка в Азии. Компания уже использовала крупные распылительные сушилки, но хотела удвоить производительность. Чтобы добиться этого, она предпочла использовать только одну большую сушильную камеру, хотя такая крупная установка ранее не использовалась для этого процесса. Необходимо было выяснить, возможно ли это, и если да, то определить конкретные проектные характеристики сушильной камеры, которые бы позволили ей работать эффективно и обеспечивать качество конечного продукта, которое требовал клиент.
«У нашей команды CFD была возможность использовать данные по большой сушильной камере, в которой обрабатывался аналогичный продукт, ввести их в компьютерную модель, затем увеличить размер и вместимость камеры, чтобы увидеть, как это влияло на ее работу. Только после того, как они доказали, что сконструировать сушильную камеру было технически возможно, мы представили результат клиенту. Клиент принял наше предложение, и на текущий момент проект в стадии реализации. Используя только одну сушильную камеру, клиент экономит большое количество денег на капитальных закупках, затратах на установку и возведение. Это было бы слишком рискованно без преимущества технологии CFD, и клиент, вполне вероятно, пошел бы на компромисс и установил две сушильные камеры, которые были бы более дорогими и менее эффективными».
Сохраняя небольшой размер
Во время расчетов вполне возможно пойти другим путем. Весьма вероятно, что клиент верит, что ему нужна сушильная камера определенного размера, но благодаря технологии CFD инженеры могут четко продемонстрировать, что того же результата можно добиться с использованием установки меньшего размера. «Опять же, они сэкономят деньги не только на самой сушильной камере, но также и на установке, строительных работах и долговременных эксплуатационных затратах», – сказал Стиг. «Чем меньше сушильная камера, тем лучше, пока она способна справиться с работой».
Настоящее мастерство
Руководитель отдела Технических данных и управления инструментальным хозяйством компании GEA Ларс Войт (Lars Voigt). По его словам, важно работать с коллегами как единая команда, чтобы объединить имеющиеся знания о клиенте и области применения, что позволит ввести в так называемую виртуальную испытательную среду наиболее точные данные, насколько это возможно. Компания GEA стандартизировала отчеты, получаемые из виртуальной испытательной среды, чтобы ускорить процесс и помочь Ларсу предоставить полезную информацию, которую можно использовать для принятия критически важных решений.
«Вот где мастерство выходит на передний план», – сказал он. «Мы являемся специалистами в области построения моделирующих гипотез и адаптации моделей, чтобы мы могли быстро принимать надежные решения. Мы интерпретируем данные, полученные из системы CFD, чтобы показать, как единица оборудования может быть адаптирована к требованиям отдельно взятого клиента. Это практически преобразование данных в знание. Вдобавок, нам нужно делать это быстро».
Время – деньги
И под словом «быстро» Ларс имеет в виду очень быстро. «Благодаря тому, что мы работаем проверенными способами и пользуемся поддержкой со стороны нашей опытной команды, мы зачастую в состоянии предоставить заключения в течение двух недель, в то время как у наших конкурентов, которым, скорее всего, потребуется провести исследовательский проект, на это уйдет два года или больше». Скорость также важна в процессе поиска и устранении проблем. Для того, чтобы определить, по какой причине в сушильной камере скапливаются отложения и, что более важно, какие корректировки необходимо внести, чтобы устранить эту проблему, может потребоваться моделирование.
Но есть и другие, более долгосрочные области применения технологии CFD. Исследование и разработка продукта – это непрерывный процесс в компании GEA, и большая его часть зависит от анализа с помощью технологии CFD, что позволяет развивать продукцию и разрабатывать новые продукты. Но, по словам Ларса, это имеет вторичное значение, если встает срочная задача. «В рамках наших проектов мы всегда следуем срокам, которые устанавливают наши клиенты, будь то внутренние, или внешние».
Практические преимущества
Итак, технология CFD, будучи объединенной с инженерным опытом компании GEA, может быть мощным инструментом. Ее можно использовать и для снижения затрат, и для оперативной оценки последствий внесения проектных изменений в продукцию, и для обеспечения понимания процесса проектирования на ранних этапах, и чтобы избежать потребности в физическом тестировании. Эта технология может обеспечить для разработчиков визуальное представление потока информации из любой точки системы, что было бы невозможно с помощью датчиков или измерительных приборов. Она позволяет проектировщикам моделировать любую совокупность условий для тестирования дифференциального потока и процессов теплообмена, а также дает им свободу экспериментировать, закладывая в некоторых случаях экстремальные параметры.
Фактор GEA
Компания GEA обладает более чем 50-летним опытом в разработке технологических процессов для отрасли пищевых ингредиентов, что находит отражение в целом ряде работающих установок по всему миру и в непревзойденных знаниях, которыми обладают технологи компании.
Стиг Скалсхёй Кристенсен верит, что технология CFD в сочетании с таким многолетним опытом, а также обширными знаниями продукта и технологического процесса, одновременно и уникальна в отрасли, и полезна тем, что дает клиентам уверенность в высокой надежности решений компании GEA. «Самого по себе программного обеспечения не достаточно», – сказал он. «В основе каждого проекта лежат видение, экспертные знания и опыт команды – вот что важно. Клиенты должны знать, что мы не просто полагаемся на сведения, которые нам выдает компьютер, а используем технологию, чтобы применить наш опыт на практике. Я верю, что компания GEA способна делать это лучше и быстрее, чем кто-либо другой, особенно когда дело касается этих огромных сушильных камер, работа с которыми требует специальных навыков, которыми мы обладаем».
Каждый клиент хочет быть уверен, что установки распылительной сушки проектируются специально под его направление и работают на оптимальном уровне. В былые дни это неминуемо вело бы к выбору компромиссного решения, лишенного элемента риска. В наши дни с помощью CFD-моделирования становится возможным отодвинуть эти границы гораздо дальше, что дает клиентам коммерческое преимущество на конкурентном рынке и позволяет им безопасно, быстро и без больших затрат разрабатывать новые продукты.
