مصرف انرژی در ربات‌های صنعتی و مرور پژوهش‌ها در این زمینه – علیرضا محمودی فرد

به گزارش کلام ماندگار، بعضی از عوامل اصلی که می‌توانند بر مصرف انرژی ربات‌های صنعتی اثر بگذارند، عبارتند از:

1. نوع ربات: انواع مختلف ربات‌ها، نیازهای انرژی متفاوتی دارند؛ به‌عنوان نمونه، یک ربات بزرگ و سنگین، ممکن است برای کار کردن به انرژی بیشتری نسبت به یک ربات کوچک و سبک نیاز داشته باشد.
2. عملکرد وظیفه: مصرف انرژی یک ربات، به نوع وظیفه‌ای که انجام می‌دهد، هم وابسته است. اعمالی که به حرکت زیاد یا بلند کردن اجسام سنگین نیاز دارند، امکان دارد به انرژی بیشتری نسبت به کارهایی که در آن ربات ساکن است، نیاز داشته باشند.
3. شرایط عملیاتی: میزان مصرف انرژی در ربات هم می‌تواند تحت‌تأثیر شرایط عملیاتی مثل دما، رطوبت و وجود گرد و غبار یا انواع آلاینده‌ها قرار گیرد. تلفات انرژی در ربات‌های صنعتی در شکل، نمایش داده شده است.

بهینه‌سازی مصرف انرژی ربات‌های صنعتی نه تنها به‌منظور کاهش هزینه عملیات، بلکه به‌منظور کمتر شدن اثرات زیست‌محیطی فرآیندهای صنعتی دارای اهمیت می‌باشد؛ بهینه‌سازی میزان مصرف انرژی در ربات‌ها، جنبه‌ای ضروری در تولید به اصطلاح سبز می‌باشد، چون به کاهش ردپای کربن و هزینه‌های عملیاتی فرآیند تولید کمک چشم‌گیری می‌نماید. با اجرای راهکارهای صرفه‌جویی در مصرف انرژی، تولیدکنندگان می‌توانند اثرات زیست‌محیطی خود را کم کرده و به‌شکل همزمان میزان راندمان را در فرآیند تولید بخشی سیستم بالاتر ببرند. به‌منظور پایین آوردن میزان مصرف انرژی در ربات‌های صنعتی، مدیران صنعت می‌توانند چند گام از جمله بهینه‌سازی طراحی ربات‌ها برای کم نمودن وزن و بالاتر بردن میزان بازدهی انرژی، استفاده از موتورها و کنترل‌کننده‌های کارآمدتر، پیاده‌سازی الگوریتم‌های نرم‌افزاری صرفه‌جویی در مصرف انرژی و کمتر کردن زمان بیکاری در ربات‌های صنعتی انجام دهند، به‌خصوص زمانی که ربات در حال استفاده نمی‌باشد؛ به‌علاوه، می‌توان مصرف انرژی ربات‌های آن‌ها را برای اجرای بهتر استراتژی‌های مدیریت انرژی و بالاتر بردن میزان راندمان تولید قطعه، مورد پردازش و بازبینی مجدد قرار داد؛ این پروسه نیازمند یک رویکرد کلی‌نگر می‌باشد که طراحی و عملکرد ربات و فرآیند بهینه‌سازی تولید را در نظر می‌گیرد، تا مصرف انرژی در فرآیند تولید قطعه را به کمترین میزان خود رساند؛ برای بهینه‌سازی مصرف انرژی ربات‌های صنعتی، کاربرد روش‌شناسی داده‌محور مورد مطالعه قرار می‌گیرد. در پژوهشی، مجموعه رباتیک U شکل برای کمتر نمودن مصرف انرژی در طی فرآیند مونتاژ، طراحی و بهتر گردیده است. بهینه‌سازی مسیر هوشمند برای به حداقل رساندن مقدار مصرف انرژی در انواع ربات‌های جوشکاری در مطالعه‌ای پیشنهاد گردیده است؛ به‌منظور تحلیل و بررسی و کمتر نمودن انتشار حداقل میزان کربن و نویز در خط مونتاژ رباتیک U شکل، روش بهینه‌سازی گرگ خاکستری در تحقیقی موردنظر بوده است. تشخیص عیب ربات صنعتی بر اساس مدل‌سازی مصرف برق برای کمتر نمودن خرابی‌های ذاتی موجود در مفاصل ربات در کارهای محققان ارائه گردیده است که بر الگوهای نرخ توان در زمان‌های فعالیت ربات، تاثیر بسزایی دارد؛ به‌منظور کمتر کردن وزن اضافی و مصرف انرژی در انواع ربات‌های صنعتی (به‌خصوص ربات‌های مورد استفاده جوشکاری صنعتی)، روش بهینه‌سازی طراحی بازوی ربات، مورد بررسی قرار گرفته است؛ در مقاله‌ای، تصمیمات بهینه، سرعت ربات برای جابجایی مواد در یک سلول تولیدی برای به حداقل رساندن مصرف انرژی در شرایط کاری، مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفته است.

بهینه‌سازی مصرف انرژی ربات‌های جوشکاری برای ارائه کمترین مصرف انرژی ربات‌های صنعتی در شرایط کاری به‌صورت چندین مورد در مقاله‌ای بررسی شده است. سیستم پولیش رباتیک خودکار برای ارائه مدل‌سازی انرژی پردازش و بهینه‌سازی در شرایط کاری، مورد بررسی و تحلیل قرار می‌گیرد. به‌منظور کمتر کردن مصرف انرژی در انواع ربات‌های صنعتی، برنامه‌ریزی مسیر و بهینه‌سازی برای یک ربات موازی par4 برحسب مصرف میزان انرژی در مقاله‌ای پیشنهاد گردیده است؛ روش بهینه‌سازی چند هدفه برای هدف مساله زمان‌بندی کارگاه‌های کار انعطاف‌پذیر با محدودیت‌های حمل و نقل برای کمتر نمودن میزان مصرف انرژی در ربات‌های صنعتی در پژوهشی پیشنهاد شده است. سوری و همکاران انواع تکنیک‌های ماشین‌کاری مجازی را به‌منظور بررسی و تقویت ماشین‌کاری از نوع CNC در محیط‌های مجازی پیشنهاد نمودند. به‌منظور تجزیه و تحلیل و بالاتر بردن میزان فعالیت دستگاه در فرآیند تولید جزء با استفاده از روش‌های جوشکاری، در مرجعی مروری کلی از انواع پیشرفت‌های کنونی در تکنیک‌های جوشکاری اصطکاکی اغتشاشی انجام شده است. سوری و آسامل، اجرای فناوری ماشین‌کاری مجازی را به‌منظور کمتر نمودن مقدار تنش پسماند و میزان خطای جابجایی در سراسر فرآیندهای فرز پنج‌محوری پره توربین به‌طور جامع تجزیه و تحلیل نمودند. سوری و اسماعیل، کاربردهای تکنیک‌های ماشین‌کاری مجازی را به‌منظور بررسی و کمتر نمودن مقدار دمای برش در طی عملیات آسیاب اجسام سخت‌برش بررسی نمودند. سوری و همکاران، یک رویکرد ماشین‌کاری مجازی پیشرفته را به‌منظور بهبود ویژگی‌های سطح در طی فرآیندهای فرز پنج‌محوری برای پره‌های توربین نمایش دادند. سوری و اسماعیل، فرآیندهای فرز مجازی را به‌منظور کمتر شدن خطای جابجایی در طی عملیات فرز پنج‌محوری تیغه‌های پروانه ایجاد نمودند. برای بررسی و توسعه دادن پروسه تولید قطعه در محیط‌های مجازی، توسعه محصول مجازی توسط سوری ارائه گردیده است. سوری و اسماعیل، مروری کلی از پیشرفت‌های کنونی از تحقیقات انتشار یافته برای بررسی و بهبود تکنیک پارامتر برای بهینه‌سازی فرآیند ماشین‌کاری پیشنهاد نمودند. برای بهتر نمودن میزان کارایی مصرف انرژی، کیفیت و در دسترس بودن داده‌ها در سراسر زنجیره تامین، دقت و قابلیت اطمینان ساخت قطعات، نویسندگان مرجعی، بررسی سیستم‌های تولید بی‌سیم مبتنی‌بر فناوری RFID را پیشنهاد کردند؛ همچنین سوری و همکارانش، روش‌های یادگیری ماشین و هوش مصنوعی را در ابزارهای ماشین CNC به‌منظور بالاتر بردن میزان راندمان کار و بهتر شدن سودآوری در مراحل گوناگون مربوط به تولید قطعات به‌کمک عملیات ماشین‌کاری CNC بررسی نمودند. سوری و آرزو برای بهبود عملکرد اجزای ماشین‌کاری شده، بحث اندازه‌گیری و کمک کردن میزان تنش پسماند در عملیات ماشین‌کاری را هدف خود و مورد بررسی قرار دادند. به‌منظور بهتر نمودن مقدار یکپارچگی سطح و همچنین کمتر شدن تنش پسماند در طول عملیات آسیابInconel ، Soori  و Arezoo پارامترهای مختلف ماشین‌کاری بهینه شده را به‌کمک روش بهینه‌سازی تاگوچی پیشنهاد نمودند. سوری و آرزو، برای بالاتر بردن عمر ابزارهای برش در طی انجام عملیات ماشین‌کاری، روش‌های گوناگون مربوط به الگوریتم‌های پیش‌بینی سایش ابزار را مورد بررسی و تحلیل قرار دادند. سوری و اسماعیل، برنامه‌ریزی فرآیند با استفاده از کامپیوتر را به‌منظور بالاتر بردن میزان راندمان در طی فرآیند ساخت قطعه بررسی نمودند؛ از سوی دیگر Dastres و Soori به بهتر شدن عملکرد انواع سیستم‌های پشتیبانی تصمیم‌گیری مبتنی‌بر وب به‌منظور ارائه راه‌حلی برای مدیریت کردن انبار داده با استفاده از الگوریتم کمک تصمیم‌گیری، پرداختند. دانشمندانی، کاربردهای شبکه‌های عصبی مصنوعی را در قسمت‌های گوناگون، همچون سیستم‌های تحلیل ریسک، ناوبری پهپاد، ارزیابی جوشکاری و ارزیابی کیفیت شبیه‌سازی کامپیوتری، بررسی نمودند تا چگونگی اجرای مدل‌های مختلف شبکه عصبی را به‌منظور بهبود اثربخشی بررسی و تحلیل نمایند. محصولات Dastres و Soori به‌کارگیری سیستم ارتباطی در رفع نگرانی‌های زیست‌محیطی و به حداقل رساندن اثرات منفی پیشرفت تکنولوژی بر فجایع طبیعی را پیشنهاد نمودند؛ به‌طور کلی به‌منظور بالا بردن امنیت شبکه و داده‌های آنلاین، Dastres  و Soori لایه سوکت امن را پیشنهاد نمودند. محققانی پیشرفت‌ها را در سیستم‌های پشتیبانی تصمیم مبتنی‌بر وب به‌منظور توسعه دادن روش‌شناسی سیستم‌های پشتیبانی با بررسی و تحلیل و پیشنهاد برطرف نمودن شکاف‌های بین رویکردها مورد تجزیه و تحلیل قرار دادند؛ به‌طور کلی برای تقویت اقدامات امنیتی شبکه، محققین مرجعی، تحلیلی از پیشرفت‌های اخیر در تهدیدات شبکه را بررسی نمودند؛ به‌منظور افزایش پتانسیل سیستم‌های پردازش تصویر در چندین کاربرد، Dastres  و Soori سیستم‌های پردازش و تحلیل تصویر را ارزیابی و بررسی نمودند. ایرادات ابعادی، هندسی، انحراف ابزار و حرارتی توسط نویسندگان مرجعی به‌منظور بیشتر کردن دقت در فرآیندهای فرز CNC پنج‌محور اصلاح گردیده است. سوری و آرزو، یک برنامه کاربردی سیستم ماشین‌کاری مجازی را به‌منظور بررسی اینکه آیا پارامترهای برش بر عمر ابزار و دمای برش در طی عملیات فرزکاری اثر می‌گذارند یا خیر، توسعه دادند.

سوری و همکارانش، برنامه‌ای از اینترنت اشیا را به‌منظور استفاده کارخانه‌های هوشمند در صنعت نسل چهارم به‌منظور بالا بردن کنترل کیفیت و بهتر نمودن فرآیندهای ساخت قطعات مورد تجزیه و تحلیل قرار دادند. به‌منظور کمتر شدن میزان سایش ابزار برش در حین عملیات حفاری، نویسندگان مقاله‌ای نوعی سیستم ماشین‌کاری مجازی را طراحی و بررسی نمودند. سوری و آرزو، تنش پسماند و زبری سطح را به‌منظور بالا رفتن کیفیت اقلام تولید شده به‌کمک روش ماشین‌کاری جت آب ساینده را به‌شکل قابل توجهی کم نمودند. به‌منظور بالاتر رفتن دقت در عملیات فرزکاری پنج‌محوره پره‌های توربین، خطاهای تغییر شکل توسط سوری محاسبه و جبران می‌گردد. به‌منظور تجزیه و تحلیل و افزایش دقت در عملیات و ساختارهای ماشین‌کاری CNC، کاربردهای روش اجزا محدود در اصلاح ماشین ابزار CNC توسط سوری و آرزو، بررسی شده است. در نتیجه، بهینه‌سازی مصرف انرژی در ربات‌های صنعتی می‌تواند منجر به صرفه‌جویی قابل توجه در هزینه و کاهش اثرات زیست‌محیطی فرآیندهای تولید از نظر بهره‌وری و افزایش پایداری تولید قطعه گردد.

علیرضا محمودی فرد – مدرس درس اتوماسیون صنعتی در دانشگاه و کارشناس تحقیق و توسعه شرکت فنی و مهندسی آریا اندیشه صنعت اکسین