工業機器人如何程度降低汽車生產中的能耗？

背景

在任何白車身車間中，都有數個“單元"，可供加工和組裝不同的車身部件。 從車身底部和側圍到其他附加組件，都需要在裝配線上進行連接。 其中，白車身車間的核心技術包括：用于連接、組裝和處理的機器人以及用于在生產線上的各個單元或站點間運輸組件的運輸系統。 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據庫，其中包括生產線所使用組件的能耗信息，以及運輸系統、機器人和連接技術相關信息。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際能耗，以便嘗試各種優化選項。 

挑戰

挑戰在于白車身生產線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：焊接過程中的幾千安培到休眠模式下的幾毫安。  

另一個挑戰在于這些測量所需的精度。關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。兩大關鍵技術是：   

• 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化效率。  

•  運輸系統 - KS PULSE - PULSE系統（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上的線性同步電機，通過運輸工具運輸托盤。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 動部件，從而能夠減少故障、提高速度和優化節能。 

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、KS PULSE運輸系統和其他設備上的測量。

PX8000具有以下優勢：  

• 不僅可以測量運動曲線的整體工作周期，還可以放大選定區域?！斑@樣我們能夠評估和優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系統時，測量瞬態行為和短時峰值。這樣我們能夠找到能源、生產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生產車間能耗模擬的基礎。 

“由于PX8000能夠記錄數據并進行后續分 析，我們能夠將測量值傳輸到包含生產線上 許多不同組件的各種運動曲線的數據庫中。"
 – Matthias Paukner，KUKA汽車事業部

結果

對優化生產的可靠見解

利用線性同步電機作為技術核心，KUKA開發了一種極其快速 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，提高生產率。

通過減少傳輸所消耗的能源實現節能。

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所開發的各種改進措施的有效性方面尤其有用。 

“我們可以優化生產線，以合理的成本為客戶找到生產效率和 能源效率的最佳組合。"– Thomas Binder，KUKA汽車事業部

通過優化高度、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，我們使用不同機 器人運動曲線時效率提升，使用KSPULSE系統進行組件運輸時能耗至少降低10％。"– Thomas Binder，KUKA汽車事業部

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功率 和相關變量，因為它們采用的輸入技術和測量原理相同。

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。

這對于檢查瞬態現象和周期性控制設備的設計特別有用。觸發功能有助于根據瞬態現象的分析設定各種觸發條件，以了解被測系統的行為。 

瞬態功率分析儀測量與分析

PX8000擁有多個創新功能，支持瞬態功率的關鍵測量與分析。