Промышленные роботы всё чаще используются в производстве и промышленности, благодаря их способности выполнять повторяющиеся высокоточные задачи с высокой скоростью. Однако одной из ключевых проблем, при их использовании, является потребление энергии. Повышенное энергопотребление требуется для работы различных двигателей и блоков управления. Её количество зависит от различных факторов, таких как тип робота, размер, выполняемые им задачи и условия эксплуатации.
Оптимизация энергопотребления позволяет снизить эксплуатационные расходы, повысить производительность и увеличить срок службы робота. Выбор энергоэффективных компонентов, таких как двигатели, приводы и контроллеры, может значительно снизить потребление энергии. Двигатели слишком большого размера и тяжёлые манипуляторы могут снижать эффективность всего производства. За счёт оптимизации программного обеспечения и сокращения времени простоя при работе, можно сократить количество затрачиваемой электроэнергии, а также минимизировать простои. Кроме того, регулярное техническое обслуживание может снизить дополнительные издержки, обеспечивая максимальную эффективность исполняемых операций. Благодаря внедрению систем управления энергопотреблением можно отслеживать и анализировать потребление, чтобы оптимизировать нагрузку в рабочих условиях, свести к минимуму траектории движения робота, потери энергии и использовать рекуперативное торможение. Количество потребляемого электричества может варьироваться, и влияют на это несколько факторов, такие, например, как тип робота, выполняемая им задача, условия эксплуатации и эффективность его компонентов.
Оптимизация энергопотребления промышленных роботов важна не только для снижения стоимости эксплуатации, но и для уменьшение негативного воздействия производственных процессов на окружающую среду, так как это помогает снизить выбросы углекислого газа и эксплуатационные расходы производственного процесса. Инженерам на местах, по возможности, следует предпринять несколько шагов, таких как оптимизация конструкции робота для уменьшения веса, внедрение энергосберегающих программных алгоритмов и оптимизация методологии управления данными.
Предлагается интеллектуальная оптимизация траектории, чтобы минимизировать потребление энергии сварочными роботами, чтобы проанализировать и минимизировать углеродные выбросы и шум на U-образной роботизированной сборочной линии. Обнаружение неисправностей и диагностика промышленного робота на основе моделирования энергопотребления также сводят к минимуму потенциальные отказы в соединениях робота, которые влияют на структуру мощности во время работы. Необходимо внедрить решения по оптимальной скорости робота -манипулятора в производственной ячейке, дабы все юниты, задействованные в операциях, действовали максимально согласованно. Можно разработать многокритериальную схему гибкого планирования задач в цехе с транспортно-логистическими ограничениями.
Уже давно существуют методы цифрового моделирования в виртуальных средах, для оценки и улучшения обработки деталей на станках с ЧПУ. Для повышения производительности процесса с использованием методов сварки внедряется ряд текущих разработок в области технологий сварочного процесса путём трения с перемешиванием. Это современный метод соединения материалов в непрерывном режиме, при котором цилиндрический инструмент с заплечиками и профилированным зондом вращается, медленно погружаясь в линию соединения двух стыкуемых друг с другом кусков листового или пластинчатого материала. Детали плотно зажимаются, чтобы предотвратить раздвигание свариваемых поверхностей соединения в процессе сварки. Между износостойким сварочным инструментом и соединяемыми материалами образуется тепло трения. Это тепло приводит к размягчению или плавлению последнего и позволяет инструменту перемещаться по линии соединения. Пластифицированный материал переносится от передней кромки зонда инструмента к задней кромке и проваривается, за счёт плотного контакта плеча инструмента, образуя сварной шов между двумя деталями.
Практикуется внедрение технологии виртуального моделирования для минимизации остаточного напряжения и ошибок смещения во время процедур пятиосевого фрезерования лопаток турбин, а также для оценки и снижения температуры резания, во время операций фрезерования труднообрабатываемых объектов.
Эффективным образом показало себя внедрение беспроводных производственных систем, на основе RFID-меток, что приводит к качественной доступности данных по всей цепочке доставки материала во внутренней логистике производства. И конечно, следует упомянуть использование искусственного интеллекта и машинного обучения в автоматизации не только самих производственных процессов, но и в управлении распределительными компонентами в энергосетях.
В административных функциях очень важно увеличить срок службы режущих инструментов во время операций обработки, для чего существует программное обеспечение с различными методами алгоритмов прогнозирования износа инструмента от разных поставщиков — это действие позволяет уменьшить время простоя промышленных роботов, и фонд оплаты специалистов-людей, которые осуществляют замену инструментария.
Для крупных трансграничных корпораций есть смысл улучшения в веб-системах поддержки принятия решений и банка знаний, чтобы предоставить решения для управления центрами обработки данных, а также применение искусственных нейронных сетей в различных разделах, таких как системы анализа рисков. Но делать это надо, не забывая об усилении мер сетевой безопасности от киберугроз. Рациональным выглядит и применение Интернета вещей для умных заводов в Индустрии 4.0, что повышает контроль качества на выходе процессов изготовления точных деталей.
Первым шагом в оптимизации использования энергии является измерение энергопотребления робота во время работы. Этот процесс можно реализовать путём установки датчиков и счётчиков мониторинга энергии на роботе или его источнике питания. После этого важно проанализировать всю полноту информации, чтобы выявить закономерности и тенденции в использовании электричества.
Выбор подходящего промышленного робота для конкретной операции производственного процесса важен для снижения потребления энергии в рабочее время. Использование энергоэффективных компонентов, двигателей, аккумуляторов и датчиков может помочь снизить нагрузку на всю сеть, а также сэкономить значительные средства. Вот некоторые ключевые факторы, которые следует учитывать:
1. Грузоподъёмность робота следует выбрать соответствующей требованиям желаемого применения. Робот с более высокой мощностью, чем необходимо, будет потреблять больше энергии. Тогда как, роботу с минимально необходимыми характеристиками, возможно, придётся работать усерднее для выполнения задачи, что приведёт к увеличению потребления электричества и быстрому износу.
2. Минимизация веса промышленного оборудования и манипуляторов может существенно повлиять на эффективность его полезной нагрузки и реализацию задач оптимизации.
3. Зона досягаемости манипулятора. Важно выбрать робота с таким диапазоном досягаемости манипулятора, который позволяет ему выполнять необходимые действия, не совершая ненужных/лишних движений.
4. Роботы с такими функциями, как рекуперативное торможение, рекуперация энергии и подшипники с низким коэффициентом трения, могут помочь снизить потребление энергии.
5. Регулярное техническое обслуживание и калибровка механических компонентов, таких как шарниры и подшипники, могут помочь минимизировать трение и потери в процессе работы.
6. Следует выбирать робота, который прост в обслуживании, чтобы минимизировать время и затраты на его обслуживание. Удобство интерфейса позволяет легко диагностировать и устранять потенциальные проблемы.
7. Рациональным шагом будет выбор юнита с функциями, специфичными для конкретного применения, такими как системы технического зрения, датчиками приложения силы и другими усовершенствованиями. Эти функции могут помочь оптимизировать энергопотребление робота, позволяя ему работать более точно и эффективно.
8. Гибкость в перепрофилировании и перепрограммировании, для выполнения различных задач, может добавить возможностей при изменении схем производственного процесса.
9. Минимизация инерции компонентов робота, таких как манипуляторы и шарнирные суставы, снижает энергозатраты, необходимые для их перемещения. Этого можно достичь за счёт использования облегчённых материалов или эффективности конструкции.
Промышленные роботы используют электродвигатели для управления различными осями и выполнения таких задач, как захват, перемещение и манипулирование объектами. Правильно подобранный тип двигателя оказывает существенное влияние на объёмы потребления электрической энергии. По сравнению с обычными двигателями, энергоэффективные двигатели могут сократить потребление энергии до 50% во время работы. Помимо двигателей, стоит рассмотреть возможность оптимизации и других компонентов: датчиков, систем управления, смазки или охлаждения.
