工業(yè)機器人如何程度降低汽車(chē)生產(chǎn)中的能耗？

背景

在任何白車(chē)身車(chē)間中，都有數個(gè)“單元"，可供加工和組裝不同的車(chē)身部件。 從車(chē)身底部和側圍到其他附加組件，都需要在裝配線(xiàn)上進(jìn)行連接。 其中，白車(chē)身車(chē)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(xiàn)上的各個(gè)單元或站點(diǎn)間運輸組件的運輸系統。 為評估白車(chē)身車(chē)間的有效性和能效，KUKA維護著(zhù)一個(gè)詳細的信息數據庫，其中包括生產(chǎn)線(xiàn)所使用組件的能耗信息，以及運輸系統、機器人和連接技術(shù)相關(guān)信息。雖然一些數據由系統組件的制造商提供，但其他數據需要可靠測量實(shí)際能耗，以便嘗試各種優(yōu)化選項。 

挑戰

挑戰在于白車(chē)身生產(chǎn)線(xiàn)中各種系統和組件所需測量的多樣性、細節度和可靠性。

需要覆蓋非常寬的電流范圍：焊接過(guò)程中的幾千安培到休眠模式下的幾毫安。  

另一個(gè)挑戰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。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(gè) 軸均采用電機，并由三相變頻器控制。全功率運行時(shí)，功耗為60kW，在休息模式下功耗降至200W，而在休眠模式下，則進(jìn)一步降至18W。需要測試各種運動(dòng)曲線(xiàn)以?xún)?yōu)化效率。  

•  運輸系統 - KS PULSE - PULSE系統（使用線(xiàn)性同步能量的 推進(jìn)裝置）利用底盤(pán)上的磁鐵和軌道系統上的線(xiàn)性同步電機，通過(guò)運輸工具運輸托盤(pán)。與傳統的基于輸送機的系統不同，KS PULSE不再需要旋轉電機、齒輪、皮帶和其他運 動(dòng)部件，從而能夠減少故障、提高速度和優(yōu)化節能。 

測量解決方案

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

PX8000具有以下優(yōu)勢：  

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

• 在不同組件、長(cháng)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(shí)間分配下測試KS PULSE系統時(shí)，測量瞬態(tài)行為和短時(shí)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，所有這些測量值構成整個(gè)生產(chǎn)車(chē)間能耗模擬的基礎。 

“由于PX8000能夠記錄數據并進(jìn)行后續分 析，我們能夠將測量值傳輸到包含生產(chǎn)線(xiàn)上 許多不同組件的各種運動(dòng)曲線(xiàn)的數據庫中。"
 – Matthias Paukner，KUKA汽車(chē)事業(yè)部

結果

對優(yōu)化生產(chǎn)的可靠見(jiàn)解

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

其他優(yōu)勢包括：

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

通過(guò)減少傳輸所消耗的能源實(shí)現節能。

提供適用于不同型號的可更換的托盤(pán)和工具，確保高度靈活性。

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

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

通過(guò)優(yōu)化高度、有效負載重量、站點(diǎn)長(cháng)度、加速和減速或分配到不同站點(diǎn)的時(shí)間，KUKA能夠找到減少傳輸時(shí)間、提高生產(chǎn)率和降低白車(chē)身車(chē)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，我們使用不同機 器人運動(dòng)曲線(xiàn)時(shí)效率提升，使用KSPULSE系統進(jìn)行組件運輸時(shí)能耗至少降低10％。"– Thomas Binder，KUKA汽車(chē)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(kāi)始和結束光標，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)現象和周期性控制設備的設計特別有用。觸發(fā)功能有助于根據瞬態(tài)現象的分析設定各種觸發(fā)條件，以了解被測系統的行為。 

瞬態(tài)功率分析儀測量與分析

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