Quand les « articulations» des robots industriels commencent à « faire de la fièvre»: le Code de la durée de vie sous l'augmentation de la température - fluctuation de la charge est craqué par Shanghai hokuoxian

Dans l'atelier de soudage d'une usine de véhicules à énergie nouvelle dans le triangle long, 20 robots industriels à six axes effectuent le soudage de précision du corps blanc avec une précision de positionnement répétée de 0,1 mm. Leurs « articulations » – réducteurs de précision, servomoteurs et ensembles de roulements – tournent à des vitesses élevées de 200 tours par minute et sont soumises à un double test de charge périodique (couple instantané de soudage jusqu’à 120%) et de chaleur constante (moteur superposé à la chaleur générée par friction, température de l’articulation supérieure à 80 ° c).

Cependant, derrière le fonctionnement apparemment stable, une « perte cachée» se produit: l'augmentation de la température entraîne une baisse de la viscosité de l'huile de lubrification, la dilatation thermique du matériau provoque des changements dans l'espace d'ajustement, et les fluctuations de charge aggravent la concentration des contraintes de contact - les deux, comme une double épée « chaleur - force», réduisent la durée de vie des articulations. Selon les statistiques, la révision des temps d'arrêt des robots industriels en raison de la défaillance des articulations, représente plus de 35% des arrêts non planifiés de la chaîne de production, le coût annuel de maintenance d'un seul robot a donc augmenté de 150 000 à 300 000 yuans.

Comment évaluer avec précision la durée de vie des articulations en synergie « montée en température - fluctuation de charge »? Cette « boîte noire de fiabilité» qui afflige l'industrie mondiale de la robotique est en train d'être piratée par l'entreprise technologique chinoise - Shanghai hokkungyi - avec un « système technique d'évaluation de la durée de vie couplée à plusieurs champs» développé par ses soins.

La douleur de l'industrie: l'augmentation de la température et la charge, pourquoi la « combinaison mortelle» des articulations?

Les composants de base des articulations robotiques industrielles (tels que la roue cycloïdale du réducteur RV, la roue flexible du réducteur harmonique, les roulements des servomoteurs) dont la nature défaillante est la détérioration progressive du matériau sous l'effet du couplage "chaleur - force", mais les méthodes d'évaluation traditionnelles présentent deux zones aveugles mortelles:

Mythe de « l'attribution à un seul facteur»: les problèmes de durée de vie étaient souvent simplement attribués à une « charge excessive» ou à une « mauvaise dissipation de chaleur». Par exemple, une entreprise a causé des piqûres d'engrenages articulaires en raison d'un dépassement de charge, mais a ignoré l'effet amplificateur de la chaleur à long terme (défaillance du film d'huile) sur la contrainte de contact de la surface dentaire; Une autre entreprise charge les ailettes de refroidissement, mais en raison des fluctuations de charge induites par la contrainte thermique périodique, ce qui entraîne le desserrage des boulons et la défaillance de l'étanchéité.

Limites des « tests statiques»: les tests de durée de vie traditionnels sont effectués dans un environnement de laboratoire à température constante (25 ° c), à charge constante (nominale 80%), ce qui donne une « durée de vie théorique» avec un écart de plus de 50% par rapport aux conditions de fonctionnement réelles. Un fabricant de robots collaboratifs a été victime d'un scénario de « surcharge instantanée + augmentation locale de la température» qui n'a pas pris en compte les postes de manutention, ce qui a entraîné la rupture des articulations en vrac en trois mois et une perte directe de plus de dix millions de yuans.

En effet, la synergie de l’élévation de température avec les fluctuations de charge est bien supérieure à « 1 + 1 = 2 »:

Le couplage chaleur - force accélère l'usure: les fluctuations de charge entraînent une compression - Relaxation répétée de la zone de contact, la chaleur générée par le frottement fait exploser la température (localement jusqu'à plus de 120 ° c), après la rupture du film d'huile de lubrification, la surface métallique est directement en contact, Le taux d'usure est augmenté de 3 à 5 fois;

Un « effet multiplicateur » de dégradation des propriétés du matériau: les températures élevées ramollissent le métal (par exemple, les aciers de roulement perdent 15% de leur dureté à 80 ° c), tandis que les contraintes alternées dues aux fluctuations de charge amplifient ce ramollissement, provoquant une éruption précoce des fissures de fatigue;

"Défaillance en chaîne" du système d'étanchéité: l'augmentation de la température entraîne une contraction du vieillissement du joint en caoutchouc, les vibrations induites par les fluctuations de charge aggravent à leur tour le frottement de la surface d'étanchéité, augmentant ainsi le risque de fuite d'huile de plus de 40%.

Cette relation d'interaction complexe, qui empêche les méthodes d'évaluation traditionnelles de prédire avec précision la durée de vie restante des articulations dans des situations de travail réelles, est devenue un casse - cou qui conditionne les applications de haute fiabilité des robots industriels.

Le programme de Shanghai KLM: une percée dimensionnelle complète du « test en un seul point» au « couplage Multi - champs»

Face à ce point douloureux de l'industrie, Shanghai hokgyeongyi s'appuie sur plus de dix ans d'accumulation de technologie dans les domaines de la transmission mécanique, de la gestion thermique et de la fatigue des matériaux, de l'Institut de robotique de l'Université de technologie de Harbin et de l'École de génie mécanique et énergétique de l'Université Jiao Tong de Shanghai, a construit un « système technique d'évaluation de la durée de vie conjointe de l'élévation de la température et des fluctuations de charge», réalisant une couverture complète de la chaîne du mécanisme de dommages microscopiques aux applications

Technologie de base I: plate - forme de simulation couplée à plusieurs champs physiques – le « jumeau numérique» prévisualise le cycle de vie complet des articulations

La simulation traditionnelle ne peut simuler qu'un seul champ physique (par exemple, la conduction thermique ou le stress structurel), tandis que la plate - forme de simulation couplée Multi - Champs t - Life, développée par la société Shanghai - kloongyi, peut reproduire le processus de dommages dynamiques des articulations sous « charge variable + élévation de température» dans un espace virtuel 1: 1 en intégrant un modèle multidimensionnel chaleur - force - matériau:

Modélisation du couplage charge - montée en température: à partir des trajectoires de déplacement du robot (par exemple, arrêts brusques lors de la soudure, chocs lors de la manutention), entrée du spectre de charge (données de couple, de vitesse de rotation de la série temporelle) combinée avec les caractéristiques de dissipation de chaleur des articulations (efficacité du refroidissement par air / eau, résistance thermique au contact), calcul en temps réel de la distribution de température pour les endroits clés (par exemple, surfaces dentées cycloïdales, pistes de roulement);

Dégradation dynamique des propriétés du matériau: Introduction d’un modèle de composition du matériau avec un couplage à trois champs « température - contrainte - temps » décrivant le ramollissement du métal à haute température (par exemple, le module d’élasticité diminue avec l’augmentation de la température), l’atténuation de la résistance à la fatigue (par exemple, la vitesse de propagation des fissures augmente exponentiellement à haute température) et les propriétés visqueuses de l’huile lubrifiante (par exemple, la viscosité diminue exponentiellement avec l’augmentation de la température);

Prévision de la durée de vie et alerte aux risques: distribution de la probabilité de la durée de vie de l'articulation de sortie dans différentes situations de travail par simulation Monte Carlo (en tenant compte de l'aléa des fluctuations de charge, de l'incertitude des fluctuations de l'élévation de température) et marquage des zones à haut risque (telles que les pics de contrainte de contact Dento - facial sous une certaine trajectoire + dépassement du seuil local d'élévation de température).

La plate - forme a été validée dans un projet de robot de soudage automobile: la méthode traditionnelle prédit une durée de vie de l'articulation de 20 000 heures, tandis que la plate - forme t - Life combinée à des conditions de travail réelles (fluctuations de charge ± 30%, valeur maximale de 95 ° c) a une durée de vie corrigée de 12 000 heures, avec une erreur de seulement 5% sur les données de mesure sur le terrain. En conséquence, le client a ajusté le rythme de production et le cycle de lubrification, réduisant les coûts de maintenance annuels de 40%.

Technologie de base II: système d’essai accéléré de durée de vie – vérification rapide sous « time folding »

Pour résoudre le problème de la longue période de vérification de l'ingénierie, Shanghai kloongyi a innové et développé le « système d'essai accéléré Composite température - charge». Des milliers d'heures d'essais dans des conditions de travail naturelles ont été comprimées à des centaines d'heures sans modifier le mécanisme d'endommagement par régulation synergique des trois éléments « température - charge - temps»:

Superposition de niveaux de contraintes multiples: la Chambre d'essai peut appliquer simultanément une charge variable (par exemple, un cycle de couple nominal de 0 à 150%) et une élévation de température variable (par exemple, des fluctuations périodiques de 25 ℃ - 120 ℃), simulant plusieurs scénarios tels que la manutention robotique, la soudure, la palettisation, etc.;

Surveillance des dommages en ligne: capteur d'émission acoustique intégré (capture du signal de microfissure), caméra thermique infrarouge (surveillance des anomalies locales d'élévation de température), compteur de particules d'huile et de liquide (analyse des débris d'usure), acquisition en temps réel de plus de 20 éléments de données caractéristiques des dommages;

Itération du modèle axé sur les données: les données d'essai sont automatiquement entrées dans la plate - forme de simulation, corrigeant le modèle de dégradation des matériaux et les critères de défaillance, formant une boucle fermée de « Test - simulation - optimisation» pour s'assurer que les résultats de l'évaluation correspondent bien aux conditions de travail réelles.

Après l'adoption du système par une entreprise de tête de robot collaboratif, le cycle de vérification de la durée de vie des articulations a été réduit de 12 mois à 3 mois, et le nouveau produit a été mis sur le marché six mois plus tôt, saisissant une part de 30% du segment.

Technologie de base III: gestion de la santé tout au long du cycle de vie – pratiques au sol pour la « maintenance prédictive »

Shanghai Holland Hengxin fournit non seulement une « évaluation de la durée de vie», mais a également créé une solution intégrée « évaluation - Optimisation - O & m»:

Phase de conception: identification de structures à haut risque (p. ex., point d'engrènement de la roue cycloïdale avec les dents de l'aiguille, angles arrondis de transition des bagues intérieure et extérieure du roulement) au moyen d'une plate - forme de simulation, proposition de conception de matériaux à gradient (p. ex., cémentation de surface Pour améliorer la résistance à l'usure, conditionnement du noyau pour améliorer la résistance à la fatigue) ou d'optimisation structurelle (p. ex., ajout de fentes de dissipation thermique pour réduire l'

Phase de fabrication: en combinaison avec des données d'essai accélérées, optimisation du processus de traitement thermique (par exemple, ajustement de la température de trempe pour réduire les contraintes résiduelles), précision de l'assemblage (par exemple, contrôle de l'espace latéral des dents pour réduire la charge d'impact);

Phase o & M: prédiction de la durée de vie restante (précision ± 50 heures) à l'aide d'algorithmes d'IA basés sur des données de surveillance en temps réel, alerte précoce d'anomalies (telles qu'une poussée de 30% du taux de montée en température peut indiquer une défaillance de lubrification), guidage de l'utilisateur pour ajuster la répartition de la charge ou planifier la maintenance.

Après l'introduction de ce programme dans une usine d'électronique 3c, le taux d'échec articulaire de son robot scara est passé de 8% à 1,2%, la ligne de production oee (Equipment Integrated efficiency) a augmenté de 18% et les économies annuelles de plus de 2 millions de yuans.

Du laboratoire à la ligne de production: la « philosophie de l’atterrissage technologique » de Shanghai - KLM

Au laboratoire du parc industriel de Suzhou, à hokkungyi, à Shanghai, un robot opérationnel à six axes est enveloppé d'un bouclier transparent sur un écran qui bat en temps réel avec une courbe de température, un spectre de charge et une courbe de prévision de la durée de vie. « chacune de nos technologies est soumise à un triple test de ‘simulation - test sur banc - vérification du modèle monté’», a déclaré Wang Lei, Directeur général de la Division robotique de Shanghai, selon lequel « la fiabilité des robots industriels ne doit pas être ‘théorisée’’, mais doit ‘parler avec des données’».

Cette attitude pragmatique a permis à la technologie de Shanghai hokgyuan non seulement de rester dans la thèse, mais de s'intégrer plus profondément dans le site de fabrication: du robot de charge lourde de la ligne de soudage automobile au robot d'assemblage de précision de la ligne de production électronique 3c, du robot propre de l'industrie alimentaire au robot de palettisation de l'industrie logistique, le Programme d'évaluation synergique de la durée de vie de Shanghai hokgyuan "augmentation de la température - charge" a couvert plus de 20 segments, les clients de service comprennent ABB, fanako, Eston et d'autres robinets robotiques nationaux et étrangers, ainsi que BYD, ningder Times, Gree et D'autres entreprises de fabrication.

Conclusion: rendre les « articulations» des robots industriels plus « durables» et rendre la Chine Zhiqiang plus « fiable»

Sous la vague du « changement de machine » et de la « fabrication intelligente », la fiabilité des robots industriels est devenue un support essentiel pour la modernisation de la fabrication. Shanghai jianqian, avec « l'évaluation synergique de la durée de vie de l'augmentation de la température et des fluctuations de charge» comme point pivot, soulève non seulement l'augmentation de la durée de vie des articulations, mais aussi le passage du robot industriel chinois de « utilisable» à « bon et durable».

À l'avenir, avec l'émergence de nouvelles formes de robots collaboratifs, de robots humanoïdes, etc., les scénarios de travail des articulations seront plus complexes (tels que les charges variables lors de la communion avec une personne, les limites de dissipation thermique dans les espaces restreints). Shanghai a mis en place la technologie de « perception multimodale + régulation adaptative», qui vise à fournir une garantie de fiabilité « scénario complet, cycle complet» pour la nouvelle génération de robots.

Parce qu'il comprend la machine, il est plus fiable; Parce que le sol est lourd, c'est une valeur plus lourde. Avec l'innovation technologique comme moteur, dans les « minuscules articulations» des robots industriels, Shanghai a écrit une légende fiable appartenant à la Chine Zhijiang.