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工業(yè)機器人如何程度降低汽車生產(chǎn)中的能耗?

更新時間:2023-08-15點擊次數(shù):720

背景

在任何白車身車間中,都有數(shù)個“單元",可供加工和組裝不同的車身部件。 從車身底部和側(cè)圍到其他附加組件,都需要在裝配線上進行連接。 其中,白車身車間的核心技術(shù)包括:用于連接、組裝和處理的機器人以及用于在生產(chǎn)線上的各個單元或站點間運輸組件的運輸系統(tǒng)。 為評估白車身車間的有效性和能效,KUKA維護著一個詳細的信息數(shù)據(jù)庫,其中包括生產(chǎn)線所使用組件的能耗信息,以及運輸系統(tǒng)、機器人和連接技術(shù)相關(guān)信息。雖然一些數(shù)據(jù)由系統(tǒng)組件的制造商提供,但其他數(shù)據(jù)需要可靠測量實際能耗,以便嘗試各種優(yōu)化選項。 

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挑戰(zhàn)

挑戰(zhàn)在于白車身生產(chǎn)線中各種系統(tǒng)和組件所需測量的多樣性、細節(jié)度和可靠性。

需要覆蓋非常寬的電流范圍:焊接過程中的幾千安培到休眠模式下的幾毫安。  

另一個挑戰(zhàn)在于這些測量所需的精度。關(guān)鍵要求是要能夠測量非常短的脈沖和尖峰。

應(yīng)用要求

從幾毫安到幾千安培,KUKA需要在各種邊界條件和測試案例中評估其系統(tǒng)。兩大關(guān)鍵技術(shù)是:   

  • 機器人 - 用于連接、裝配和處理操作,KUKA機器人的六個 軸均采用電機,并由三相變頻器控制。全功率運行時,功耗為60kW,在休息模式下功耗降至200W,而在休眠模式下,則進一步降至18W。需要測試各種運動曲線以優(yōu)化效率。  

  •  運輸系統(tǒng) - KS PULSE - PULSE系統(tǒng)(使用線性同步能量的 推進裝置)利用底盤上的磁鐵和軌道系統(tǒng)上的線性同步電機,通過運輸工具運輸托盤。與傳統(tǒng)的基于輸送機的系統(tǒng)不同,KS PULSE不再需要旋轉(zhuǎn)電機、齒輪、皮帶和其他運 動部件,從而能夠減少故障、提高速度和優(yōu)化節(jié)能。 

測量解決方案

KUKA采用橫河PX8000精密示波功率儀進行機器人、連接技術(shù)、KS PULSE運輸系統(tǒng)和其他設(shè)備上的測量。

PX8000具有以下優(yōu)勢:  

  • 不僅可以測量運動曲線的整體工作周期,還可以放大選定區(qū)域?!斑@樣我們能夠評估和優(yōu)化各個運動和整個運動曲線。"

  • 在不同組件、長度、重量、高度、加速度和減速度的條件和配置下以及不同單元的時間分配下測試KS PULSE系統(tǒng)時,測量瞬態(tài)行為和短時峰值。這樣我們能夠找到能源、生產(chǎn)和成本效率的最佳組合。

除了直接從電流和電壓波形測量功率外,PX8000還用于測量其他信號。然后,所有這些測量值構(gòu)成整個生產(chǎn)車間能耗模擬的基礎(chǔ)。 

“由于PX8000能夠記錄數(shù)據(jù)并進行后續(xù)分 析,我們能夠?qū)y量值傳輸?shù)桨a(chǎn)線上 許多不同組件的各種運動曲線的數(shù)據(jù)庫中。"
 – Matthias Paukner,KUKA汽車事業(yè)部

結(jié)果

對優(yōu)化生產(chǎn)的可靠見解

利用線性同步電機作為技術(shù)核心,KUKA開發(fā)了一種極其快速 和高效的傳輸系統(tǒng),其功耗更低,速度比現(xiàn)有的基于輸送機的系統(tǒng)快45%。

其他優(yōu)勢包括:

通過減少傳輸時間、增加處理時間、降低故障率和縮短維修停機時間,提高生產(chǎn)率。

通過減少傳輸所消耗的能源實現(xiàn)節(jié)能。

提供適用于不同型號的可更換的托盤和工具,確保高度靈活性。

PX8000在證明KUKA所開發(fā)的各種改進措施的有效性方面尤其有用。 

“我們可以優(yōu)化生產(chǎn)線,以合理的成本為客戶找到生產(chǎn)效率和 能源效率的最佳組合。"– Thomas Binder,KUKA汽車事業(yè)部

通過優(yōu)化高度、有效負載重量、站點長度、加速和減速或分配到不同站點的時間,KUKA能夠找到減少傳輸時間、提高生產(chǎn)率和降低白車身車間成本的最佳方法。

“我們最終證明,相比其他競爭對手的系統(tǒng),我們使用不同機 器人運動曲線時效率提升,使用KSPULSE系統(tǒng)進行組件運輸時能耗至少降低10%。"– Thomas Binder,KUKA汽車事業(yè)部

PX8000精密示波功率儀

與功率分析儀一樣,精密示波功率儀能夠精確測量穩(wěn)態(tài)功率 和相關(guān)變量,因為它們采用的輸入技術(shù)和測量原理相同。

但是,由于其也具有示波器和示波記錄儀的特征,能夠使用開始和結(jié)束光標(biāo),在功率波形的任何部分上任意捕獲和測量功率。

這對于檢查瞬態(tài)現(xiàn)象和周期性控制設(shè)備的設(shè)計特別有用。觸發(fā)功能有助于根據(jù)瞬態(tài)現(xiàn)象的分析設(shè)定各種觸發(fā)條件,以了解被測系統(tǒng)的行為。 

瞬態(tài)功率分析儀測量與分析

PX8000擁有多個創(chuàng)新功能,支持瞬態(tài)功率的關(guān)鍵測量與分析。 
 

同時瞬態(tài)功率分析儀計算PX8000可以同步進行電壓、電流波形的乘法運算,實時獲得功率波形。
周期功率趨勢測量可以通過運算來測量波形記錄儀的周期趨勢(最多400萬點)。 
特定周期測量通過指--定開始/結(jié)束光標(biāo),可以捕捉該定義時間段內(nèi)的功率波形。 
X-Y顯示與相位分析PX8000將X-Y顯示設(shè)為標(biāo)準(zhǔn)功能。此外,它還能在相位分析時顯示輸入和輸出的李薩如波形。
捕捉突發(fā)的或不規(guī)則的現(xiàn)象PX8000的歷史功能始終有效,可以自動記錄多達1000個歷史波長。 
長時間數(shù)據(jù)采集與分析PX8000自帶了一個叫PowerViewerPlus的PC應(yīng)用程序,可以用來采集波形數(shù)據(jù),以便于進一步分析。 
FFT分析PX8000擁有四則運算、時移、FFT和其它運算功能,可以讓用戶顯示帶偏置和去延遲補償?shù)牟ㄐ巍?nbsp;
同時諧波分析測量PX8000可以同時測量電壓/電流波的諧波成分和諧波失真因數(shù)。 
多功能快照可以逐屏顯示包括電壓、電流和功率在內(nèi)的多達16種不同波形,工程師們通過即時快照就能確認(rèn)波形。 
詳細瞬態(tài)功率分析儀通過精確定義開始/結(jié)束(Start/Stop)光標(biāo),PX8000可以測量開始和結(jié)束之間的所有功率波形參數(shù)。
趨勢運算PX8000擁有均方根(RMS)、平均功率等內(nèi)置運算功能,可以顯示周期功率趨勢圖。
去延遲補償PX8000的自動去延遲功能可以消除可能由傳感器或輸入特性引起的電流信號和電壓信號之間的偏置。
采用isoPRO橫河首--創(chuàng)測量技術(shù)提供業(yè)界領(lǐng)--先的絕緣性能和最高速度,為高電壓、大電流、高頻率等工作條件下變頻器的高效評價提供了性能保障。