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Robotik

Effiziente Programmierung senkt den Energieverbrauch von Robotern

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Im zweiten Schritt soll die Bahn, falls der Prozess es zulässt, natürlicher gestaltet werden. Natürliche Bewegungen benötigen im Durchschnitt 7 % weniger Energie und 8 % weniger Zeit. Dies wird durch ein Überschleifen der Wendepunkte erzielt. Falls der Prozess eine Kreisbewegung zulässt, ist es aus energetischer Sicht sinnvoll, in zirkularer Form zu verfahren. Die Untersuchungen haben ergeben, dass bei 3 % mehr Zeit bis zu 13 % an Energie eingespart werden können.

Im dritten Schritt soll die einzelne Bahn betrachtet werden. Unnötige Punkte und überflüssige Zangendrehungen sollen dabei eliminiert werden. Dadurch verkürzt sich die Bahnlänge und auch der Energie- und Zeitbedarf wird reduziert. Im letzten Schritt soll, wenn die Taktzeit und der Prozess es zulassen, die Geschwindigkeit oder die Beschleunigung verringert werden. Die Untersuchungen am IPT haben ergeben, dass eine reduzierte Beschleunigung ein besseres Zeit-Verbrauchs-Verhältnis erzielt als eine Reduzierung der Geschwindigkeit.

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Kollisionskritische Punkte und Sicherheit nicht vernachlässigen

Für eine Implementierung des Leitfadens in der Praxis bedarf es einer vorherigen Betrachtung des Prozesses und der Roboterperipherie. Kollisionskritische Punkte und Sicherheitsaspekte sind dabei nicht zu vernachlässigen. Anschließend wurde die Wirksamkeit des Leitfadens in der Praxis untersucht. Dabei galt es zunächst, die Roboterbewegungen von zwei realen Robotern mit einem Simulationstool (Process Simulate) zu optimieren (Bild 6). Zum Überprüfen der virtuellen Optimierung wurde danach der Energiebedarf der im Karosseriebau eingesetzten Roboter mit der vorhandenen Programmierung untersucht und anschließend der Energiebedarf der Roboter mit optimierten Programmen ermittelt.

Bild 7 zeigt die Optimierungen, die bei den einzelnen Robotern vorgenommen wurden. Die Auswertung hat ergeben, dass bei einem Roboter (R02) Verbrauchsersparnisse von etwa 32 % und Zeitersparnisse von rund 5 % erzielt wurden. Beim zweiten Roboter (R01) konnten sowohl Zeit als auch Verbrauch um etwa 24 % reduziert werden. Beim Roboter R02 wurde weiterhin eine Verringerung der Wartezeit durch Senken der Geschwindigkeit und der Beschleunigung untersucht. Bei einer Geschwindigkeit von 75 % und einer Beschleunigung von 50 %, bei der der Roboter immer noch unter der Taktzeit bleibt, ergibt sich eine Energieeinsparung von 39 %. Durch die Reduzierung von Geschwindigkeit und Beschleunigung erhöht sich die Prozesszeit um 37 %.

Weiterentwicklung der Planungs- und Simulationsprogramme erforderlich

Die Untersuchungen haben ergeben, dass eine Reduzierung des Energieverbrauchs von Robotern in der Praxis mit einfachen Veränderungen und einer energieeffizienten Programmierung möglich ist. Die Planung neuer Fertigungsanlagen und Fabriken erfolgt heutzutage am Computer. Um den Energiebedarf von Robotern bereits in der Planung erfassen zu können, ist aber eine Weiterentwicklung der Planungs- und Simulationsprogramme (Process Designer und Process Simulate) der digitalen Fabrik bezüglich der Energieeffizienz erforderlich.

Literatur

[1] Umweltbundesamt: Treibhauseffekt – Eine globale Herausforderung, CO2-Emissionen nach Quellkategorien, Stand: 09/2012.

[2] World Robotics 2012: IFR statistical department, Frankfurt am Main.

[3] Engelmann, J: Pilotprojekt Medienplanung mit Process Designer am Beispiel Elektroenergie, Volkswagen AG, 09.09.2009.

* Prof. Dr.-Ing. Holger Brüggemann ist Leiter des Instituts für Produktionstechnik an der Ostfalia – Hochschule für angewandte Wissenschaften in 38302 Wolfenbüttel. Mario Laumeyer B. Eng. ist dort wissenschaftlicher Mitarbeiter.

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