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So senken Sie die Roboterkosten um 10 %

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Urheber: Nataliya Hora | Fotolia

Von Dr. Matthias Pfeffer,

Roboter werden günstiger und erobern so stückchenweise jede Produktion. Doch neben den Investitionskosten sind auch die Betriebskosten sehr wichtig. In ein paar einfachen Schritten können Sie den Energieverbrauch und damit die Betriebskosten der Roboter senken.

Austaktung = Note 1 – Energieeinsparung = Note 5

Sind Sie stolzer Besitzer eines Roboters, dann haben Sie sich sicherlich mit den Taktzeiten genauestens beschäftigt. Wenn Sie über die Anschaffung eines Roboters zur Handhabung von Teilen oder zur Unterstützung in der Montage nachdenken, stehen ebenfalls die Auslastung dieser genügsamen Arbeitstiere im Vordergrund. Doch haben Sie sich auch mit dem Energieverbrauch des Roboters beschäftigt? Profitieren Sie hier einfach von Erfahrungen aus der Automobilindustrie. Dort werden an einem Standort Hunderte von Robotern eingesetzt. Es ist also für solche Unternehmen durchaus lohnenswert, sich mit dem Energieverbrauch der Roboter zu beschäftigen und mittels Analysen und Testfahrten das Optimum herauszuholen. Ergebnisse solcher Analysen wurden jetzt vom Institut für Produktionstechnik (IPT) der Ostfalia-Hochschule veröffentlicht und es wurde ein 4–Schritte-Programm zur Senkung von Energiekosten bei Robotern erstellt. Lernen Sie also ganz einfach von den Großen.

Maßnahmen zur Einsparung

Die folgende Grafik zeigt, dass es unterschiedliche Maßnahmen gibt, die einen Beitrag zur Energieeinsparung leisten. Interessant ist, dass die überwiegende Zahl der Maßnahmen nicht nur den Energieverbrauch senkt, sondern auch Taktzeit einspart. Sollten Sie auch im zeitlichen Bereich Schwierigkeiten haben, so kann sich dieser Artikel für Sie doppelt lohnen. Als erste Maßnahme fällt die Optimierung des Abstandes des Roboters zum Arbeitsumfeld auf. Hierbei geht es um die Position des Roboters zum Werkstück. Steht der Roboter zu nah oder zu weit entfernt oder stimmt die Arbeitshöhe nicht, so sind unnötige Bewegungen der schweren Achsen am Roboter notwendig. Positionieren Sie Ihren Roboter also so, dass er die einzelnen Positionen gut erreichen kann und dafür möglichst wenige Achsbewegungen durchführen muss. Analoges gilt für die Startposition.

Diese sollte so gewählt werden, dass der Roboter sie am Ende des Zyklus auf kurzem Wege erreichen und von da aus wieder auf kurzem Wege den Zyklus beginnen kann. Hierbei überwiegt der Zeitvorteil das Energieeinsparpotenzial.

Besonders interessant, weil mit wenig Aufwand realisierbar und mit doppeltem Nutzen versehen, ist die Bahnüberschleifung. Es geht bei dieser Maßnahme um die Bewegungsabläufe des Roboters. Diese sollten in ihrem Bewegungsfluss möglichst natürlich sein und beispielsweise auf Kreisbahnen liegen. Das erfordert, dass Zwischenpositionen nicht zwangsläufig exakt angefahren werden müssen, sondern auch mit einer gewissen Toleranz überschritten werden dürfen. Nutzen Sie diesen Freiraum, so oft Sie den räumlichen Platz bei der Roboterbewegung haben. Es spart Zeit und Geld.

Neben diesem Doppelnutzen, bei dem Sie Zeit und Energie sparen, gibt es auch Maßnahmen, bei denen Sie Energie auf Kosten der Zeit einsparen. Dies betrifft vor allem die Robotergeschwindigkeit. Es ist sicherlich imposant anzuschauen, wenn ein Roboter mit maximaler Beschleunigung und Geschwindigkeit Positionen anfährt oder Werkstücke befördert. Oft erlebe ich aber, dass am Ende des Zyklus der Roboter dann auf die vor- oder nachgelagerte Prozessstufe warten muss, da der Roboter nie der Engpass ist. Diesen Zeitpuff er des Wartens sollten Sie für die Energieeinsparung nutzen.

Reduzieren Sie die Verfahrgeschwindigkeit und die Beschleunigung. Es wird für Beschleunigung und Bremsen weniger Energie benötigt und auch ein geregeltes Stillstehen während der Zykluspause entfällt. Programmieren Sie die Roboter so, dass sie gerade die Taktzeit der benachbarten Proessschritte erfüllen. Ganz nebenbei schont das auch die Getriebe und Bremsen des Roboters, sodass der Wartungsaufwand sich eben falls reduziert.

Vorgehensweise zur Optimierung in 4 Schritten

Die Erschließung all dieser Maßnahmen führt zu einem energieeffizienten Einsatz der Robotertechnik und reduziert nicht nur Energiekosten, sondern auch Wartungskosten. Wie sollten Sie vorgehen, um die Roboter zu optimieren?

Schritt 1: Passen Sie die Umgebung des Roboters an

Passen Sie zunächst die räumlichen Gegebenheiten an den Roboter an. Am besten geschieht dies bereits bei der Planung. Denken Sie hier auch an zunächst ungewöhnliche Aufbauformen einer Roboterzelle mit Decken- oder Wandmontage des Roboters. Lassen Sie auch genügend Fläche für die Ver- und Entsorgung von Material. Nach der Bearbeitung durch den Roboter kann dies andere (größere) Verformungen einnehmen als davor. Achten Sie darauf, dass auch das größere Volumen handhabbar bleibt.

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Schritt 2: Passen Sie Geschwindigkeiten an

Steht der Roboter ideal zum Arbeitsraum, passen Sie die Geschwindigkeit und die Natürlichkeit der Bewegung an. Überprüfen Sie, an welchen Positionen Sie ein exaktes Erreichen des Roboters benötigen und wo Sie mit welcher Toleranz leben können. Es gilt: so genau wie nötig, nicht so genau wie möglich.

Schritt 3: Optimieren Sie die Bewegungsabläufe des Roboters

Im 3. Schritt optimieren Sie die Bahn des Roboters, indem Sie Abfolgen ändern, Zwischenpositionen eliminieren und unnötiges Verdrehen oder Bewegen von Achsen vermeiden. Dieser Schritt ist zyklisch mit dem 2. Schritt der Bahngenauigkeitsoptimierung durchzuführen. Optimierungsalgorhythmen von Herstellern oder unabhängigen Ingenieurbüros können hier eine echt Hilfe sein.

Schritt 4: Optimieren Sie die Geschwindigkeit in Richtung Taktzeit

Ist der Roboter optimal an die Arbeitsbedingungen angepasst, so gleichen Sie im letzten Schritt noch die Geschwindigkeit des Roboters an den benötigten Takt an. Der Takt wird durch den Kundenbedarf bestimmt. Hier gilt nicht wie im LeanKonzept, so schnell wie möglich, um Verschwendung ans Tageslicht zu fördern, sondern nur so schnell wie nötig, sodass der Roboter nicht zum Engpass wird.

Tipp: Sollten Sie insbesondere bei der Optimierung der Position des Roboters oder der Bahn auf Probleme stoßen, so eignen sich hierfür Roboterablaufsimulationen hervorragend. Da diese Software allerdings komplex und auch recht teuer ist, lohnt sich bei wenigen Robotern in Ihrer Produktion die Unterstützung von externen Dienstleistern, beispielsweise vom Roboterlieferanten. Hier können schon mit wenig Aufwand beachtliche Ergebnisse erzielt werden.

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